Презентація 4ltft.kpi.ua/documents/SELTO/SELTO-lec-07-08.pdf · Презентація 4 Лекції 7-8 Лекція 7_8: Тема 6. Оптичнаперетворювальнасистема

Презентація 4Лекції 7-8

Лекція 7_8:Тема 6. Оптична перетворювальна система

6.1. Засоби концентрації енергії випромінювання в зоні обробкиПрез. №4, сл.№2

6.2. Оптичні сканувальні пристрої (дефлектори)През. №4, сл.№19

Лекції 9_10Тема 6. Оптична перетворювальна система(подовження)

6.3. Сканери лазерних фізіотерапевтичних установокПрез. №5*, сл.№1

Контрольні запитання та завданняПрез. №5*, сл.№24

Бібліографічний опис През. №5*, сл.№27

2

Тема 6. Оптична перетворювальна система6.1. Засоби концентрації енергії випромінювання в зоні обробки [6.1], [6.2]

Елементи для концентрації енергії

випромінювання:• - лінзи• - дзеркала• - набір елементів (об’єктиви)• - інші перетворювальні елементи (плоскіфокусатори, голограми, тощо)

3

Тема 6. Оптична перетворювальна система6.1. Засоби концентрації енергії випромінювання в зоні обробки

(подовження)

Рис. 6.2(8.2**). Пристрій для переміщення лінзи вздовж осі променя без її обертання

1 2

34 5

6

1

2

3

X

Y

Рис. 6.1(8.2*). Об'єктив для концентрації енергії потужного випромінюванняD=2R

r

F

S

d=2r

12

3

1

2

3

F=R[tg( - )+Ctg( - )]

=arcSin( 1n Sin )

o o

o

Рис.6.3(8.1). Схема концентрації енергії пучка в декілька зон опромінення

nsin

sin=

0ϕϕ

[6.3]

[6.4]

[6.5], [6.6]

4



;))n(FR(n)n(F]nR)n(d[R 111 22221 -----=

Алгоритм проектування

- визначити режими обробки;- обрати лінзу F1д≈ F1 = d0/θ (θ ∈ 0 ÷ θD);- уточнити потрібний кут θд = d0/F1д ;- визначити діаметр D0 центральної

частини променя із D0 = D(θд/θD)1/2 ;- визначити фокусну відстань рідкої лінзи:

- визначити ширину теплової зони:

- радіус кривизни поверхні рідкої лінзи:

- визначити об’єм рідини в стакані:Vр = Vc – (Vs1 –Vs2), де:

Vc = π(0,5Dc) 2lc; Vs =1/3 π ls2 (3R1 – ls);ls = R1 – lr; lr = [R1

2 – (0,Rc) 2]1/2;

- визначити висоту рідини в нерухомому

стакані:

56

'

''1 2 3 4

Рис. 6.4. ОПС для особливих умов опоромінення

D

Do

do

dз

R2 R1

V

V

V

б

F1

L

Dc

F2

LL

L

s

rL

c

р

D0

а

ж

cт

s2

s1

s2

р

сVVр

bз

н

вн

n

n6

5

1

4

2

3

d

Рис. 6.5. ОПС для особливих умов опромінення при обробці заготовок із теплопровідних матеріалів

R2

R1

F2 F

1

( )зд dDFDF -0102 =

( ) 2012 F2DD)FF(b дз --=

gD,])D,()D,[(,L ccр

22220

2 50505050 -ω=

[6.7, [6.8]

5



O 42,5

M 52,5 7E/6g

A

O 1,5

O 15

H7k6

O 28

O 34 H7

O 52 H7

M32-6g

18

9

4

18

5

1

3

10

14

2

11

12

13

17

A6

105

O 56

6544

O 29

8

7 15

16

Рис.6.5К. Конструкція ОПС для особливих умов опромінення65

6



D D

D2 D1

F1

F2

F

D1D2

DD

Fi

Fij F

j

Fij

1

2 2

3

4

1

5

2

3

4

6

77

7 7

I

II

1

2

а

б

n=h/ F

i=1...nj=1...nk=1...N

n =nF=n N

F = h/nN

F =F +F-d

F F

b =F (1- dF ).

ij

ij

iji j

ij ij

ij ijiji

bijdij

Рис. 6.6(8.4). Схема трансфокатору з дискретною зміною фокусної відстані

[6.9]

[6.10]

7



Алгоритм проектування багатоповерхового трансфокатора

1. Встановити межі необхідної зміни фокусної відстані трансфокатора, використовуючи результати розрахунку режимів опромінення: Fmin ÷ Fmax та

приймаючи Fmin = Fp, а Fmax = Fmin + δ (h).2. Визначити величину поглиблення отвору ∆ одиночним імпульсом (пічком) [6.11].3. Визначити кількість об'єктивів з різними фокусними відстанями, необхідних для

виконання технологічної операції: K = δ/∆ або K = h/∆ .4. Визначити фокусну відстань F11, яка рівна Fр, для об’єктиву, який має одну лінзу

Fi = F1 , тобто при fj = f1 = ∞. Тоді F11 = Fp = F1 , а b11 = F1 – d11.5. Визначити ряд значень фокусних відстаней трансфокатора при їх зміненні

лінзами другої турелі (для лінзи F1) та забезпеченні ряду величин робочихвідрізань bij, рівних: bij+l = bij + p∆l:

Fij+l = bij+l/(1-dij/F1).6. Визначити набір лінз f2 ÷ f5 , що забезпечують здобуття ряду фокусних

відстаней F12 ÷ F1:fj = Fij (dij –F1)/(Fij –F1).

7. Розрахувати фокусні відстані лінз F2 ÷ F5, які необхідні для продовження рядуфокусних відстаней трансфокатора за рахунок варіацій лінз нижньої турелі fj

Fi = (bij+l dij – bij+l fj – dij fj)/(bij+l – fj).

8



110

175

12

O125 H11/d11

O40H11/d11

1 2 3

4

56

78

13

14

Рис.6.6К.Приклад конструкції ОПС у вигляді трьох позиційної турелі

9



170

4

O 40 H6/k6

170

M3x0,5-7H

160

M32x1-8g

1 - 3

13 - 20

4 - 7

21 - 23

8 - 12

24 - 34

M4x0,5

Рис.6.6КК. Конструкція трансфокатора з двох поверховою турелью та одним приводом обрання лінз

10



F

l

25

4

7

1

Рис.6.7(8.7). Трансфокатор на похилій лінзі

3 6

[6.12]

11



F,мм1 2

w

D

1/с

30

40

50

60

R=20мм

R=25мм

R=30мм

R

r

G

Fцбg

1 4

2

3

w

Рис.6.8(8.7). Розрахункова схема для трансфокатора на похилій лінзі

Порядок розрахунку трансфокатораз єдиним приводом обертання та нахилу

лінзи

1. При обертанні лінзи в оправці 1 (рис.6.10), яка має не збалансовану масу 3, встановлену на радіусі R, на неї діє

відцентрова сила (r = RCosφ) :

2. Баланс сил, що діє на масу 3:

ΣM0 = Gr – Fвц rtgφ = 0

3. Швидкість обертання лінзи, яка необхіднадля зміщення горловини каустики на

розрахункову величину ∆h:

rmrmVFвц22 ω==

{ } 2121211//})]F/(F[{Rg +∆=ω -

12



14

8

М3

9

1913

6165

20

A-A

1

17

7

10

8

310

15

4

214

111312

10

A

A

o3H7/h7

o4

I32*1-8g

I30*1-8g

i35e7

i55e7

I36*1-8g

115

98

15

105

75

23

Рис. 6.7К. Трансфокатор на похилій лінзі з одним приводом обертання

13



O104

O120O5,2±0,24отв.

151*

A - A

22

23

25

2014

B

O60 k6O78 H7

64±0,01

46±0,01

134*

A A

Б

1 27

19

2

19

I

8 9

IV III

28

22

23

25

II

4

15

10

7 26

313

IV ( 2 : 1 )

III ( 2 : 1 )

O4k

6

11 18 12 21

24

II ( 4 : 1 )B

6

16

O4H7/r6

BB

I ( 2 : 1 )

O3H7/k6

17

5

23

Рис. 6.7КК. Трансфокатор на похилій лінзі з двома приводами

14



n

n

р

9 6 5 1 4

8

2310

7

R1

R2

d

F1

F2

n ~n

R =g/

F= 1n-1 R -R + d n-1

n

R R

р

2

1 2

1 2

Рис .6.8(8.3). Трансфокатор на рідині з плавною зміною фокусної відстані

[6.13]

15



Старт

Введення данихF , F , n ,d

РозрахунокR

РозрахунокR ,F

F - F >0.1ні

так

РозрахунокF,

Визначення

Кінець

1 2

2

1

2

1/c40

60

80

22 26 30

а б

max

Рис. 6.9.Алгоритм та розрахункова залежність F = f( )

16



R2

R1 VsVl

Vc

Рис. 6.10.. Розрахункова схема визначення товщини шару рідини

F1

LDc

F2

LLs

Lr

Алгоритм визначення об’єму рідини в стакані трансфокатора1. Визначити дійсне значення Fmax для обраного значення ωmax:

2. Уточнити значення радіусу кривизни поверхні рідини R1 для розрахованої величини Fmax:R1(ω) = g/ω2

3. Визначити об'єм рідини Vl як різницю об'ємів циліндра Vc висотою L+Ls (рис.6.10) ісегменту Vs з радіусом R1: Vl = Vc – Vs,

4. Визначити висоту шару рідини в нерухомому стакані L:

ω+ω=ω обd

Rgn

)n()

Rg)(n()(F

22

2

2

2 1111

--

---

2cc RVL π=

17



65

O 42,5

M 52,5 7E/6g

A

O 1,5

O 15

H7k6

O 28

O 34 H7

O 52 H7

M32-6g

18

9

4

18

5

1

3

10

14

2

11

12

13

17

A6

105

O 56

65

44

O 29

8

7 15

16

Рис. 6.8К. Трансфокатор із рідкою компонентою

18



Рис.6.8КК. Конструкція трансфокатора з гидро двигуном

[6.14]

19

e d

1 2 3 4

Рис. 6.11(7.1). Схема сканера на ексцентричній лінзі

d=2e

Тема 6. Оптична перетворювальна система6.2. Оптичні сканувальні пристрої (дефлектори)

6.2.1. Дефлектори на заломлювальних оптичних елементах

[6.15]

20


6.2.1. Дефлектори на заломлювальних оптичних елементах (подовження)

Б Б

M48x2-8g

50k7

55k7

80H7

92

210

170

5H7/k8

2H8/k9

2G9/k9

БМ4:1

А

е

1

234

5

6

7

8

9

10

10

11

1213

14

15

16

17

1819

19

2021

22

23

o

o

o

o

o

23

60Н7

А

Рис.6.11К. Сканер на ексцентричній лінзі з плавним регулюванням радіусу сканування

[6.16]

21



dD

А F

D d

FA

12

1 2

1 23 4

5

1 23 4

5

Рис. 6.12(7.2). Схема сканеру на оптичному клині

Рис. 6.13(7.3). Схем сканеру на двох оптичних клинах

d=2Ftg(n-1) =2[2arcSin(n*Sin /2)-2 ]Cos=4[2arcSin(n*Sin /2)-2 ]

2

2 max.

6

[6.17]

22



70*

о20

63*

9

O32k6

А

Вид А

хід

4...

40

Рис. 6.13К. Конструкція сканера на двох клинах

M32*1-6g

O42H7

O32F12/k6

30

5

23

21

15

8

16

13

14

15

11

7

2

4

12

17

22

3

201 10

18

19

6

23



e

d

F

121 2 3 4 5

Рис. 6.14. Схема пристрою для кругового сканування променю за допомогою призми 2 та аксикона 3

[6.18]

24



19 6

Рис.6.15К. Конструкція сканера з біпризмою

M50*1-6g

106

117

O66H7

O52k6

O52F12/k6

48

5

23

21

24

8

16

13

14

15

11

7

2

4

12

17

22

3201 10

18пр

л

А

1

2

3

пр

л

е

е

Рис. 6.15. Схема сканера з біпризмою

D

F

[6.19]

25



т

п

е

еF1

F2

2

6

Рис. 6.16. Схема ЛТУ із сканером на ексцентричному телескопі

54

F

d

1 3

26


6.2.2. Дефлектори на дзеркальних оптичних елементах

5

6d

Fx

e

1 A 2

3

47 Вид А

2

3

8

2

1 2

3

4

5

6

7

u

A

F

а б в

F

d

1 2

3

4

5

6

Рис. 6.17. Схема ОПС з пристроєм для кругового (а) та лінійного сканування (б, в) променя дзеркалом, що обертається(а), або коливається (б, в)

[6.20]

27


6.2.2. Дефлектори на дзеркальних оптичних елементах (подовження)

F

1

2

3

4

5

6

5

6

7

8

V=Const

V=vary

t

Рис. 6.18. хема ОПС з електромагнитним сканером вздовж лінії за пилкоподібним законом

7

9

[6.21]

28



1 2

3 4

5

Рис.6.19(7.10). Схема сканування променем шляхом його розгортання

D

Dб

D

1

2

Рис. 6.20(7.11). Схема сканування променю дзеркальною пірамідою

АА'

Порядок розрахунку сканера у

вигляді піраміди• Визначити діаметр основи піраміди Dоб

для забезпечення максимальної кількості

граней , яке визначає максимальну

кутову швидкість обертання і частоту

сканування пучка :

• Визначити діаметр усіченої частини

піраміди:

• Визначити частоту сканування променя

визначається із співвідношення :

( )бmf=ω

)]m

(ctg[DD max

б

об 21

α∆π+= -

DDD .б.о.М.О2-=

πω=×= 2бlpб mnmf

29



112

*

94*

74*

O16Js

7O26H7/h

7

O30Is7

O3H7\h7

O6H7\h7

M10*1

.57G

\6hO20

H8\h8

102*

23

22

24

25

1

626

10

13

11

7

12

201415

9

8

2

54

3

Б-Б

М(2:1)

В-В

М(2:1)

В В

Б

Б

o7H

7/f7

o18

H9/

k9

07H

7/F7

o18H

9/k9

Рис.6.20К. Конструкція багатодзеркального сканера із змінним кутом нахилу дзеркал

А

Вид А

30



2

D

2

1

Рис. 6.21(7.12). Схема сканування променю дзеркальною призмою

бm

πα∆

4=

Documents

Презентація 4ltft.kpi.ua/documents/SELTO/SELTO-lec-07-08.pdf · Презентація 4 Лекції 7-8 Лекція 7_8: Тема 6. Оптичнаперетворювальнасистема